SE448838B

SE448838B - WELDED CONSTRUCTION

Info

Publication number: SE448838B
Application number: SE8003468A
Authority: SE
Inventors: S Shimanuki; T Matsumoto; H Sato; T Onuma; S Kirihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-05-09
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1987-03-23
Also published as: US4348131A; JPS55147495A; CA1132380A; JPS6160751B2; SE8003468L

Description

l0 15 20 25 30 35 40 448 838 z svetsgodset vilket hindras av den svetsade delen av den svetsade konstruktionen när den senare kyles. Dragspänningen som kvarstår skulle naturligtvis vara mindre än 1/3 till 1/4 i storleksordníng av den dragspänning som skulle vara närvarande på ytan av svets- godset då ingen avspänningsglödgning utfördes. Icke dess mindre finns det en risk att sprödbrott och utmattningsbrott skulle ske i svetsen som har blivit utsatt för avspänningsglödgning och en sådan svetsfog skulle vara känslig för spänníngskorrosionssprickor i drift. the weld metal which is obstructed by the welded part of the welded structure when the latter is cooled. The tensile stress that remains would of course be less than 1/3 to 1/4 in the order of magnitude of the tensile stress that would be present on the surface of the weld metal when no stress annealing was performed. Nevertheless, there is a risk that brittle fracture and fatigue fracture would occur in the weld which has been subjected to stress annealing and such a weld joint would be sensitive to stress corrosion cracks in operation.

Föreliggande uppfinning har som ändamål att åstadkomma en svetsad konstruktion med förbättrad mekanisk hållfasthet och en metod för tillverkning av denna, varvid tryckspänningar påförs på ytan av svetsgodset för att förbättra sprödbrotthållfastheten och utmattringshållfastheten hos svetsen i den svetsade konstruktio- nen och för att öka beständigheten mot spänningskorrosionssprick- bildning. I För att uppnå detta ändamål föreskriver uppfinningen en svet- sad konstruktion med ett flertal skikt av svetsgods med högre värmeutvídgningskoefficient och ett svetsgods av lägre värmeut- vidgningskoeffícíent lämpligen lagda ovanpå varandra varvid såda- na svetsade konstruktioner utsättes för avspänningsglödgníng för att påföra tryckpâkänningar på ytan av det översta skíktet av svetsgodset.The object of the present invention is to provide a welded structure with improved mechanical strength and a method of manufacturing the same, wherein compressive stresses are applied to the surface of the weld metal to improve the brittle strength and the fatigue strength of the weld in the welded structure and to increase the tensile strength. - education. To achieve this object, the invention provides a welded structure having a plurality of layers of weld metal with a higher coefficient of thermal expansion and a weld metal of a lower coefficient of thermal expansion suitably laid on top of each other, such welded structures being subjected to stress relief for stress annealing. the top layer of the weld metal.

I synnerhet omfattar den svetsade konstruktionen enligt upp- finningen ett flertal skikt av svetsgods som är insmälta i en zon som är bildad av den svetsade delen av den svetsade konstruktionen på sådant sätt att svetsgodsen kvarhålles av den svetsade delen, varvid flertalet skikt av svetsgodsen omfattar åtminstone ett skikt av ett första svetsgods och åtminstone ett skikt av ett andra svetsgods näraliggande skiktet av det första svetsgodset, varvid svetsgodset har högre värmeutvidgningskoefficient än det första svelsqudsel som har åtminstone en exponerad yta i nämnda ZON- Uppfinningen kan få tillämpning vid svetsning av konstruk- tíonsorgan vid utformning av stumsvetsar av I-, U-, V-, K-, X- och Y-typer, T-fogar och kälsvetsar. Resultaten av experiment visar att uppfinningen kan utövas med den största fördelen vid framställning av svetsade konstruktioner genom stumsvetsning.In particular, the welded structure according to the invention comprises a plurality of layers of weld metal fused in a zone formed by the welded part of the welded structure in such a way that the weld metal is retained by the welded part, the plurality of layers of the weld metal comprising at least The layer of a first weld metal and at least one layer of a second weld metal adjacent the layer of the first weld metal, the weld metal having a higher coefficient of thermal expansion than the first weld weld having at least one exposed surface in said ZON. in the design of butt welds of I, U, V, K, X and Y types, T-joints and keel welds. The results of experiments show that the invention can be practiced with the greatest advantage in the production of welded structures by butt welding.

I enlighet med uppfínningens principer skall skiktet eller skik- ten av det första svetsgodset och skíktet eller skikten av det 'JK 'JJ (II 40 3 448 ass andra svetsgodset placeras ovanpå varandra i tjocklekens riktning för kenstruktionsorganen som skall svetsas och den senare skall täckas med den Förra åtminstone på en sida av den svetsade delen.In accordance with the principles of the invention, the layer or layers of the first weld metal and the layer or layers of the 'JK' JJ (II 40 3 448) second weld metal are to be placed on top of each other in the thickness direction of the construction means to be welded and the latter to be covered with the former at least on one side of the welded part.

Ytterligare ändamål, kännetecken och fördelar hos uppfinning- en kommer nedan att beskrivas under hänvisning till bifogade rit- ningar, där [ly._la¿lg visar sektioner av svetsfogar vilka utgör och § visar diagram över förhål- exempel på uppfinningen; Älg. 2 landet mellan kvarvarande spänningar som är närvarande på ytan av sretsgodset oc tvärsektionsfermen hes svetsen i stumsvetsar av I-typ och X-typ respektive; fig. 4a-9a visar diagram över förhål- landet mellan kvarvarande spänningar som är närvarande i svetsen och tvärsektionsformen hos svetsen vid olika typer av svetsar; íig. 4b-9b visar sektioner av olika typer av svetsar som används för att erhålla de data som visas i diagrammen i fig. 4a-9a res- pektive.Further objects, features and advantages of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which [ly._la¿lg shows sections of welds which constitute and § shows diagrams of object examples of the invention; Moose. 2 the land between residual stresses present on the surface of the wick and the cross-sectional weld hoist the weld in butt welds of type I and type X respectively; Figs. 4a-9a show diagrams of the relationship between residual stresses present in the weld and the cross-sectional shape of the weld in different types of welds; íig. 4b-9b show sections of different types of welds used to obtain the data shown in the diagrams in Figs. 4a-9a respectively.

Uppfinníngen kan ha tillämpningar vid olika typer av stum- svetsar. Några exempel pâ tillämpning av uppfinningen visas i fig. la-le. Pig. la visar en stumsvets av I-typ framställd genom tillämpning av uppfinningen. Vid framställning av sådan stumsvets plareras konstrnktlanselementen 1 och I med en tjocklek av t1 med en vñrmeutvidgnängskoefficient 11 åtskilda men omedelbart intill varandra med sina sidor bildande ett I-format gap av storleken X1, i vilket ett skikt 3' av ett första svetsgods med en värme- utvidgningskoefficíent a¿5 först bildas genom insmältning, följt av ett skikt 2 med en höjd h av ett andra svetsgods med en värme- utvidgningskoefficient ¿X7_ídsmält på skíktet 3' hos det första svetsgodset och av ett skikt 3 av det första svetsgodset insmält pa skiktet Z pd detta sätt utsattes för avspänningsglödgning visar det andra av det andra svetsgodset. När stumsvetsen framställd svetsgodset 2 med en högre värmeutvldgningskoefficient större värmeutvidgning än det första svetsgedset 3, 3' med en lägre ut- vidgningskoefficient. Kylning av svetsen som är värmd på ovan- nämnda sätt resulterar i att svetsgodset av högre värmeutvidg- ningskoefficient visar en större krympning. Krympníngen hos svets- så att »f godset tillför tryckkrafter på det första svetsgodset 9 kvarvarande tryckspänningar utvecklas på en exponerad yta A av det första svetsgodset 5.The invention can have applications in different types of butt welds. Some examples of the application of the invention are shown in Figs. Pig. 1a shows an I-type butt weld made by applying the invention. In the production of such butt welds, the structural lance elements 1 and I are plated with a thickness of t1 with a coefficient of thermal expansion 11 separated but immediately adjacent to each other with their sides forming an I-shaped gap of size X1, in which a layer 3 'of a first weld metal with a heat expansion coefficient a¿5 is first formed by melting, followed by a layer 2 with a height h of a second weld metal with a coefficient of thermal expansion ¿X7_melted on the layer 3 'of the first weld metal and by a layer 3 of the first weld metal fused on the layer Z in this way subjected to stress relief annealing shows the second of the second weld metal. When the butt weld produced the weld metal 2 with a higher coefficient of thermal expansion greater thermal expansion than the first weld metal 3, 3 'with a lower coefficient of expansion. Cooling of the weld that is heated in the above-mentioned manner results in the weld metal of a higher coefficient of thermal expansion showing a greater shrinkage. The shrinkage of the weld so that »f the goods supply compressive forces on the first weld metal 9 residual compressive stresses develop on an exposed surface A of the first weld metal 5.

Fíg. lb, lc, ld och le visar stumsvetsar av K-typ, V-typ, U-typ och X-typ framställda genom föreliggande uppfinning. I dessa stumsvetsar har ett lager 7, 10, 13, 16 av det andra svetsgodset 10 15 ZÜ 25 30 35 40 448 838 4 med högre värmeutvidgningskoefficient ett skikt eller flera skikt 6, 6', 9, 12, 15, 15' av det första svetsgodset med lägre värme- utvidgningskoefficient beläget ovanför varandra och svetsarna ut- sätts för avspänningsglödgning för att framkalla tryckpäkänningar på den exponerade ytan av det första svetsgodset. Värmeutvidg- ningskoefficienten hos konstruktionsorganen 1, 4, 5, 8, 11, 14 som skall svetsas är inte bestämd av relationen mellan värmeut- vidgningskoefficienten hos det första svetsgodset och det hos det andra svetsgodset. När man emellertid betraktar det med hänsyn till stâlmaterial och dess svetsning i allmänhet är det vanligt att det första svetsgodset har väsentligen samma värmeutvidgnings- koeffícíent som konstruktionselementen som skall svetsas eller konstruktionselementen som skall svetsas och det första svetsgod- set är material av samma typ.Fig. 1b, 1c, 1d and 1c show K-type, V-type, U-type and X-type butt welds made by the present invention. In these butt welds, a layer 7, 10, 13, 16 of the second weld metal with a higher coefficient of thermal expansion has one layer or several layers 6, 6 ', 9, 12, 15, 15' of the the first weld metal with a lower coefficient of thermal expansion located one above the other and the welds are subjected to stress-annealing annealing to produce pressure stresses on the exposed surface of the first weld metal. The coefficient of thermal expansion of the structural members 1, 4, 5, 8, 11, 14 to be welded is not determined by the relation between the coefficient of thermal expansion of the first weld metal and that of the second weld metal. However, when looking at steel material and its welding in general, it is common for the first weld to have substantially the same coefficient of thermal expansion as the structural elements to be welded or the structural elements to be welded and the first weld metal to be of the same type.

De tryckspänningar som påföres på det första svetsgodset kan variera i storleksordning beroende på skillnaden mellan det första och det andra svetsgodset vad beträffar värmeutvidgningskoeffi- cient eller andra faktorer. I stålmaterial har martensitiskt stål en vürmcutvidquinqskoefficient av cirka 11-13 x 1Ûf6/OC och austenitstål har en värmeutvidgníngskoefficient av cirka 16-19 x x 10-6/OC. Användningen av två svetsgods av samma typ som skiljer sig endast en aning från varandra vad beträffar värmeutvidgnings- koefficíenten när de skall placeras ovanpå varandra i skikt har endast liten effekt vid åstadkommande av ändamålet för förelig- gande uppfinning. För praktiska ändamål överstiger värmeutvidg~ ningskoefficienten för det andra svetsgodset den för det första svetsgodset med över 1 x 10-6/0 2 x 1o"6/°c.The compressive stresses applied to the first weld metal can vary in magnitude depending on the difference between the first and the second weld metal in terms of coefficient of thermal expansion or other factors. In steel materials, martensitic steel has a thermal expansion coefficient of about 11-13 x 1Ûf6 / OC and austenite steel has a thermal expansion coefficient of about 16-19 x x 10-6 / OC. The use of two welds of the same type which differ only slightly from each other in terms of the coefficient of thermal expansion when they are to be placed on top of each other in layers has little effect in achieving the object of the present invention. For practical purposes, the coefficient of thermal expansion of the second weld metal exceeds that of the first weld metal by more than 1 x 10-6 / 0 2 x 1o "6 / ° c.

En annan faktor som utövar ett stort inflytande på alstringen- C eller företrädesvis med över av kvarvarande tryckspänningar är förhållandet av tvärsektions- arean hos det första svetsgodsskiktet till det hos det andra svetsgodsskiktet eller förhållandet mellan tjockleken av det första svetsgodsskiktet och det andra svetsgodsskiktet insmält i skíkten i gapet som definieras av sidorna hos konstruktíonse1emen~ ten som skall svetsas. För att bringa inflytandet av det andra svetsgodsskiktet att tydligt visa sig själv på den exponerade ytan av det första svetsgodsskiktet erfordras att tvärsektions- ytan hos det andra svetsgodsskiktet eller tjockleken därav är över ett förutbestämt värde. Sådant värde kan variera beroende på materialet hos konstruktionselementen som skall svetsas, typerna ._.i UI 20 xJi Ul 40 448 838 av det första och det andra svetsgodset och formen hos gapet mel- lan sidorna hos konstruktionselementen, förhållanden för åstad- kommande av avspänningsglödgning och andra faktorer. Det är eme1~ lertid möjligt att åstadkomma ett specifikt förhållande mellan ytorna (eller tjocklekarna) som tjänar ändamålet att utnyttja in- formationen astadkommen genom uppfinningen i varje tillämpning.Another factor which exerts a great influence on the generation C or preferably with the excess of residual compressive stresses is the ratio of the cross-sectional area of the first weld layer to that of the second weld layer or the ratio of the thickness of the first weld layer to the second weld layer in the molten layer in the gap defined by the sides of the construction element to be welded. In order to cause the influence of the second weld metal layer to clearly show itself on the exposed surface of the first weld metal layer, it is required that the cross-sectional area of the second weld metal layer or the thickness thereof is above a predetermined value. Such a value may vary depending on the material of the structural members to be welded, the types of the first and second welds and the shape of the gap between the sides of the structural members, conditions for providing stress annealing. and other factors. However, it is possible to provide a specific relationship between the surfaces (or thicknesses) which serves the purpose of utilizing the information provided by the invention in each application.

Pig. 2 visitor förhållandet mellan spänning som alstrats i svorsen å ena sidan och tjockleken av det andra svetsgodsskíktet och tjockieken av konstruktionselementet som skall svetsas å andra sidan i stumsvetsen som visas i fig. la. Pig. 3 visar förhållandet mellan spänningar som alstras i svetsen å ena sidan och tjockleken av det andra svetsgodsskiktet och tjockleken av konstruktionsele- menten sem skall svetsas å andra sidan i stumsvetsen som visas i ííg. le. Det framgår att vid ökning av förhållandet av tjockleken h¿ (hz) av det andra svetsgodsskiktet till tjockleken t1 (tz) hos konstru tionselementet som skall svetsas är det möjligt att öka tryckspänningen som alstras på den exponerade ytan av det första svetsgodsskíktet. l lig. in är tjockleken t1 hos konstruktionselementen som skall svetsns IUU mm och gapet X1 definierat av sidorna på kon- slruktionsei ment som skall svetsas var 25 5 mm och X2 var 60 mm. Tabell l visar de kemiska mm. I lig. ie var tz 100 mm och xs var sammansättningarna hos konstruktionselementen som skall svetsas och svetsgodsen och tabell 2 visar de mekaniska egenskaperna och värmcutvidgningskoefficienterna hos dessa.Pig. 2 shows the relationship between the stress generated in the welds on the one hand and the thickness of the other weld metal layer and the thickness of the structural element to be welded on the other hand in the butt weld shown in Fig. 1a. Pig. 3 shows the relationship between stresses generated in the weld on the one hand and the thickness of the other weld metal layer and the thickness of the structural elements to be welded on the other hand in the butt weld shown in FIG. smile. It can be seen that by increasing the ratio of the thickness h¿ (hz) of the second weld metal layer to the thickness t1 (tz) of the structural element to be welded, it is possible to increase the compressive stress generated on the exposed surface of the first weld metal layer. l lig. in is the thickness t1 of the structural elements to be welded IUU mm and the gap X1 defined by the sides of the structural elements to be welded was 5 mm and X2 was 60 mm. Table 1 shows the chemical etc. I lig. ie were tz 100 mm and xs were the compositions of the structural elements to be welded and the welds and Table 2 shows the mechanical properties and the coefficients of thermal expansion of these.

Svetsningen utfördes med ljushñgsvetsníng med belagda elek- troder med en förvärmningstemperatur av 15O0C, en utjämningstem- peratur av 15000 och en värmetillförsel av lb 000 J/cm.The welding was performed with light alloy welding with coated electrodes with a preheating temperature of 15 ° C, a leveling temperature of 15,000 and a heat supply of 1,000 000 J / cm.

Vid andra svttsgndset (austenitiskt svetsgods) genom påsvetsning på framställning av en stumsvets av X-typ insmältes det motsatta sidor av rnotgapet för en tjocklek av h,/2 på vardera sidan såsom visas i fíg. ie. Sedan pdfördes det Första svetsgod- set (mnrtensitiskt svctsgods) för att insmäita med det första svetsgodsskiktet 15 och l5' pd motsatta sidor av det andra svets- godsskiktet 16. ' Vid framställningen av en stumsvets av I-typ användes ett underlagshand (icke visat) för att bilda det första svetsgods~ skikiet (martçnsitiskt svetsgods) 3' först såsom visas i fig. la.In the second welds (austenitic welds) by welding on the production of an X-type butt weld, the opposite sides of the groove gap for a thickness of h, / 2 are fused on each side as shown in fig. ie. Then, the first weld metal (multensensitic weld metal) was applied to be smeared with the first weld metal layer 15 and 15 'on opposite sides of the second weld metal layer 16.' In the manufacture of an I-type butt weld, a backing hand (not shown) was used. to form the first weld metal layer (martsitic weld metal) 3 'first as shown in Fig. 1a.

Sedan bildades det andra svetsgodsskiktet (austenitiskt svets- "I gods) 2 över det första svetsgodsskiktet A , och slutligen det __; CT) 448 första svetsgodsskiktet 3 på det andra svetsgodsskíktet 2. svetsnde konstruktionen såsom den visas i 858 Fig. 1n och 1e var det första och andra svetsgodsskíktet avsedda att bli symmetríska 1 tjecklcksriktníngen för konstruktíonselementen som skulle svetsas.Then the second weld metal layer (austenitic weld "in goods) 2 was formed over the first weld layer A, and finally the __; CT) 448 first weld layer 3 on the second weld layer 2. the welding structure as shown in 858 Figs. 1n and 1e were the first and second weld metal layers are intended to be symmetrical in the Czech direction of the structural elements to be welded.

Sidzna symmetrísan anørdníngnr för svetsgodsskikt är fördelaktiga för att nedhringn full til1 ett minimum. För detta ändnmdl är de symmetriska arran- höjningsdeformationen av svotsarna i de flesta gemangen som visas í fíg. 1a, 1b, 1e, ób och Sb fördelaktiga.Sidzna symmetrísan anørdníngnr for welders layer are advantageous to reduce full til1 to a minimum. For this purpose, the symmetrical deformation deformation of the sockets in most of the joints shown in fig. 1a, 1b, 1e, ób and Sb advantageous.

InbcIl1 I den Kemisk sammansättning (%) Material C Si n P S Ni Cr Mo Konstruk- Marten- tíons- sítískt 0,14 0,45 (548 (L032 0,008 6,03 1-,21 - element Andra Auste- svets~ r1itískt 0,05 0,48 1,47 0,021 0,009 12,79 21,87 2,011 godset Första Marten- svets- faitlskt 0,06 0,34 0,50 0,028 0,010 5,10 12,32 - godset Iëëell 2 _ Mekaniska egenskaper Varmeutvídg-_ Material Sträckgrëns Draggrän nlggsïoefflclent (kg f/mm“) (kg f/mm” ( C 1 Kønstruk- Marten- _6 tíons- sitiskt 70,2 35,3 12 X 10 element Andra Auste- _6 svets- nítískt 59,4 68,1 17 x 10 godset Första Marten- _6 svets- sítískt 73,1 88,4 12 x 10 godset Stumsvetsfogarna sem är framställda enligt ovanstående be- skrivning utsattes för avspänníngsglödgning under tre (3) timmar vid 600oC efter svetsningen. Därefter mättes de kvarvarande spän- níngarna som var närvarande på ytan av det första svetsgodsskíktet n POUR QUALITY J (0, 9, 11 och 15) genom användning av en trâdtöjníngsgívare. 448 838 I fíg. 2 och 3 framgår det att i de beskrivna utföringsfor- merna alstras tryckspünníngnr på ytan av det första svetsgods- skíktet när dimensionen (indíkerad av en längd i tjockleksríkt- ningen av konstruktionselementet som skall svetsas) av det andra svetsgodsskíktet är över 2 % av tjockleken hos konstruktionsele- mnnrvt som skull svetsns. Om dimensionen av det andra svctsgods~ det andra svvisgods- skikltl är Lon Inn! blir volymen (ytan) nv sklktet mindre I stumsvetsen av X-typ än í stumsvctscn av I-typ.InbcIl1 I den Chemical composition (%) Material C Si n PS Ni Cr Mo Construction- Mart- tion- cytic 0.14 0.45 (548 (L032 0.008 6.03 1-, 21 - elements Other Auste- weld ~ r1itic 0 .05 0,48 1,47 0,021 0,009 12,79 21,87 2,011 the estate First Marten- weld- faitlskt 0.06 0,34 0,50 0,028 0,010 5,10 12,32 - the estate Iëëell 2 _ Mechanical properties Heat expansion- _ Material Stretch limit Tensile strength nlggsïoefflclent (kg f / mm “) (kg f / mm” (C 1 Gender structure- Marten- _6 tion- sitic 70,2 35,3 12 X 10 elements Other Auste- _6 welding- nitic 59,4 68 .1 17 x 10 goods The first Marten- _6 welding site 73.1 88.4 12 x 10 goods The butt welds made according to the above description were subjected to stress annealing for three (3) hours at 600oC after welding. the stresses present on the surface of the first weld metal layer n POUR QUALITY J (0, 9, 11 and 15) by using a wire strain gauge 448 838 In Figs. 2 and 3 it will be seen that in the described embodiments The molds are generated by pressure spinning on the surface of the first weld layer when the dimension (indicated by a length in the thickness direction of the structural member to be welded) of the second weld layer is over 2% of the thickness of the structural member to be welded. If the dimension of the second svctsgods ~ the second svvisgods- skikltl is Lon Inn! if the volume (surface) is not smaller in the X-type butt weld than in the I-type butt weld.

Det är sålunda nödvändigt att öka en aning dimensionen av det andra svetsgodsskiktet när en stumsvets av X-typ framställes.Thus, it is necessary to slightly increase the dimension of the second weld metal layer when producing an X-type butt weld.

Emellertid svetsades konstruktionselement bildade av inconel och kolstål genom svetsningsmetoden enligt föreliggande uppfinning och den svetsade konstruktionen som erhölls provades beträffande sina mektníska egenskaper. Svetsníngen utfördes manuellt vid rums- temperatur med en värmeínsats av ISUOO J/cm. Ett svetsgods av austenítlskt stål (se tabell 3) insmältes först genom påsvetsning på motsatta sidor av centrum av tjockleken hos konstruktionsele- menten vﬂlka uttogs av plåtar och sedan ett annat svetsgods (inconelï med samma värmeutvidgningskoefficient som plåtarna (se tabell 5] ínsmältcs genom pasvetsníng på skíktet av svctsgods av austenítískt stål. I detta exempel var höjden av skíktet av svets- gods hos det austenitiska stålet 20 % av plåttjockleken i den ut- föríngsform som visas i fig. la och 40 % därav i utföríngsformen enligt fíg. Te.However, structural members formed of inconel and carbon steel were welded by the welding method of the present invention, and the welded structure obtained was tested for its mechanical properties. The welding was performed manually at room temperature with a heat input of ISUOO J / cm. An austenitic steel weld (see Table 3) was first fused by welding on opposite sides of the center of the thickness of the structural elements which were removed from the plates and then another weld (inconelï with the same coefficient of thermal expansion as the plates) (see table 5) in In this example, the height of the weld metal layer of the austenitic steel was 20% of the sheet thickness in the embodiment shown in Fig. 1a and 40% thereof in the embodiment of Figs.

Efter svetsning utsattes de svetsade konstruktíonerna för avspänníngsglödgning vid 60006 under tre (3) timmar. Kvarvarande spänningar uppmättes med hjälp av trddtöjníngsgivare på ytan och på plâtens undorytn. Tabell 3 visar dv kcmlskn snmmansättnlngnrna hos plattorna och svetsgodsen och tabell 4 visar de mekaniska egenskaperna hos dessa. 448 858 É a. @|@~ x ß_ _.w@ «.@m H@=oUcH w@ømMWMm@ wwowmpm>m wxm«~ﬁcmuw:< w@w:< @|o~ x m.mF m.@m «.~m H@:@u:H pcwswﬂw lwcoww cnow K o.- ß.ww m.wm ﬁmpm |m5Hpm:om ß as\% wxv A Es\« “MV n~|uov «ø:pmm%-m:wæHQ ncmpmxuﬂuç - wcoﬁuﬂwwoox V . . = L w Hmﬁnwuæz |vmﬂH:mw«>u:wEpm> æmawxwcwww mxmﬁcæmøz w Hﬂmßwß . « mwomwwm>w 0 F M ﬁ=.O @.«_ N.ß@ 1 1 Q.> ;ß.Q mC^@ Hwpoucﬂ ﬂpwhmm _ M ~@.N ßæ_P~ @>.~f @C@.@ _N@.O ßq.P w@“Q mcﬂo ~M=@pm=< w@@mw~@>m . m~w:< W _ ..r 1 1 J~ "_ J 0 . , pcøewﬂs M w m_ = ._ . x . cß.o o~.: mc.c ~@coJ1H |mmo«P ¶ @*c C v Q ßm C mwo Q @_ Q Hmyw -xzhpvcoz :Å M az HQ Hz m W L sz dm U ﬁwv Go«~@ncašoJ Amﬂšwz ﬁmﬁhopcï 10 9 448 ass Tabell 5 nedan visar försök omfattande mätning av kvarvaran- de spänningar. I tabell 5 framgår det att kvarvarande tryckspän- ningar som är under noll kan alstras om i det visade exemplet i tabell 3 tjockleken av svetsgodset hos det austenitiska stålet är 20 % svets av I-typ och 40 % därav i fall en stumsvets av X-typ skall av tjockleken av plåtarna í det fall man skall göra en Stum- framställas.After welding, the welded structures were subjected to stress annealing at 60006 for three (3) hours. Residual stresses were measured using wire strain gauges on the surface and on the underside of the plate. Table 3 therefore shows the relative composition of the plates and welds and Table 4 shows the mechanical properties of these. 448 858 É a. @ | @ ~ X ß_ _.w @ «. @ M H @ = oUcH w @ ømMWMm @ wwowmpm> m wxm« ~ ﬁ cmuw: <w @ w: <@ | o ~ x m.mF m . @ m «. ~ m H @: @ u: H pcwsw ﬂ w lwcoww cnow K o.- ß.ww m.wm ﬁ mpm | m5Hpm: om ß as \% wxv A Es \« “MV n ~ | uov« ø: pmm% -m: wæHQ ncmpmxu ﬂ uç - wco ﬁ u ﬂ wwoox V. . = L w Hm ﬁ nwuæz | vm ﬂ H: mw «> u: wEpm> æmawxwcwww mxm ﬁ cæmøz w H ﬂ mßwß. «Mwomwwm> w 0 FM ﬁ =. O @.« _ N.ß @ 1 1 Q.>; ß.Q mC ^ @ Hwpouc ﬂ ﬂ pwhmm _ M ~ @ .N ßæ_P ~ @>. ~ F @C @. @ _N @ .O ßq.P w @ “Q mc ﬂ o ~ M = @ pm = <w @@ mw ~ @> m. m ~ w: <W _ ..r 1 1 J ~ "_ J 0., pcøew ﬂ s M w m_ = ._. x. cß.oo ~ .: mc.c ~ @ coJ1H | mmo« P ¶ @ * c C v Q ßm C mwo Q @_ Q Hmyw -xzhpvcoz: Å M az HQ Hz m WL sz dm U ﬁ wv Go «~ @ ncašoJ Am ﬂ šwz ﬁ m ﬁ hopcï 10 9 448 ass Table 5 below shows experiments involving measurement of residual voltages. Table 5 shows that residual compressive stresses below zero can be generated in the example shown in Table 3, the thickness of the weld metal of the austenitic steel is 20% I-type weld and 40% thereof in the case of an X-type butt weld shall be made of the thickness of the plates in the case of making a Dumb-.

Tabell 5 Konstruktions- I-typ X-typ element (X=20%) (X=40%) Kvarvarande spänning (kg f(mm2) Martensitiskt stål ~3 -2 Stål -6 -5 lnconel -4 -3 X: Höjd av det andra svetsgodsskiktet relativt plåtens tjocklek - (Pig. 4a visar kvarvarande spänningar som är närvarande i en stumsvets av V~typ (fogvinkel = 600) visad i fig. 4b i relation till tvärsektionsformen av svetsen. Vid framställning av stumsvet- sen av V-typ visad i fig. 4b användes det martensitiska stål som visas i tabell 1 för att åstadkomma det första svetsgodsskiktet och det austenítiska stålet enligt tabell l användes för att åstad- komma ett andra svetsgodsskikt för att svetsa plåtar 17. Svetsme- toden, avspänningsglödgningen och metoden för att uppmäta de kvar- varande spänningarna beskrivs ovan och användes i detta exempel i fig. 4a och 4b. I de exempel som beskrives nedan utfördes svets- ning, avspänningsglödgning och uppmätníng av kvarvarande spänningar under liknande förhållanden. I fig. 4a framgår det att tryckspän- ningar alstras när förhållandet h3/t3 överstiger 20 %. Tendensen att öka är emellertid inte så markerad som i Eíg. 2 och 3. Feno- menet bör tillskrivas det Faktum att eftersom tvärsektionsformen hos svetsen i fíg. 4b är asymmetrisk med avseende på tjockleks- riktningen hes plåten kommer höjpåkänningar att alstras i svetsen och kommer att förorsaka en minskning av tryckspänningurna som skall alstras.Table 5 Structure I-type X-type elements (X = 20%) (X = 40%) Residual stress (kg f (mm2) Martensitic steel ~ 3 -2 Steel -6 -5 lnconel -4 -3 X: Height of the second weld metal layer relative to the thickness of the plate - (Fig. 4a shows residual stresses present in a V-type butt weld (joint angle = 600) shown in Fig. 4b in relation to the cross-sectional shape of the weld. type shown in Fig. 4b, the martensitic steel shown in Table 1 was used to make the first weld metal layer, and the austenitic steel of Table 1 was used to make a second weld metal layer for welding plates 17. The welding method, the stress annealing and the method for measuring the residual stresses is described above and was used in this example in Figures 4a and 4. In the examples described below, welding, stress annealing and measurement of residual stresses were performed under similar conditions. to compressive stress r is generated when the ratio h3 / t3 exceeds 20%. However, the tendency to increase is not as marked as in Eíg. 2 and 3. The phenomenon should be attributed to the fact that since the cross-sectional shape of the weld in fig. 4b is asymmetric with respect to the thickness direction of the hob, high stresses will be generated in the weld and will cause a reduction in the compressive stresses to be generated.

Fig. Sa visar resultaten av försöken, i vilka kvarvarande LJ 10 JU tu (fl u] UW 40 448 ass W spänningar uppmättes på svetsen visad i fig. Sb på samma sätt som beskrives ovan med hänvisning till andra exempel. En liknande ten- dens som den som visas i fíg. la kan skönjas i fig. Sa. I fig. Sb är ett andra svetsgodsskikt ZZ beläget mellan tvâ första svets- goïfskikt 21 och 23.Fig. 5a shows the results of the experiments in which residual LJ 10 JU tu (fl u] UW 40 448 ass W voltages were measured on the weld shown in Fig. Sb in the same manner as described above with reference to other examples. as shown in Fig. 1a, in Fig. 5a. In Fig. Sb, a second weld metal layer ZZ is located between two first welds layers 21 and 23.

Pig. 6a visar tryckspänningar som alstrats i stumsvetsen vi- sad i fíg. ób, med vilken ett andra svetsgodsskikt 201 endast är bildat nära ytan av ett första svetsgodsskikt 211 och ett annat första svetsgodsskikt 221 av samma material som det första svets- godsskiktet 211 är bildat mellan de två andra svetsgodsskikten 201 respektive 201. I detta exempel producerades tillräckligt med kvarvarande spänningar trots det faktum att förhållandet av det andra svetsgodset till alla svetsgodsen inte var så hög. I detta exempel var proportionen av avståndet d mellan ytan av det första svetsgodsskíktet och det andra svetsgodsskiktet till tjock- av plåten (d/t7 X 100) 5 %. 7a visar tryckspänningar alstrade i stumsvetsen hos leken t7 Pig V-typen (fogvínkel = 600) visad i fig. 7b, i vilken proportionen av djupet d från ytan av det första svetsgodsskiktet 241 till ett andra svetsgodsskikt 231 till tjbcklcken tg Pig. Sa visar tryckspänningar alstrade i stumsvetsen av I-typ visad i fig. Sh, i vilken 261 hänvisar till de första svets- av plåten var10 %. godsskíkten och 251 hänvisar till de andra svetsgodsskikten. De första och andra svetsgodsskikten var anordnade symmetriskt i för- hållande till tjockleken hos plåtarna. I detta exempel var propor- tionen av djupet d från ytan av ett första svetsgodslager 261 till det andra svctsgodsskiktot 251 till tjockleken tg av plåtar- na 5 å (0), 10 1 Ql) och 15 i att förorsaka tryckspänningar som skall alstras på ytan av det (X). I detta exempel var det möjligt första svetsgodsskiktet ehuru proportionerna av det andra svets- godsskiktet till tjockleken av plåtarna inte var stor.Pig. 6a shows compressive stresses generated in the butt weld shown in fig. ób, with which a second weld metal layer 201 is formed only near the surface of a first weld metal layer 211 and another first weld metal layer 221 of the same material as the first weld metal layer 211 is formed between the two second weld metal layers 201 and 201, respectively. with residual stresses despite the fact that the ratio of the second weld to all welds was not so high. In this example, the ratio of the distance d between the surface of the first weld metal layer and the second weld metal layer to the thickness of the sheet (d / t7 X 100) was 5%. 7a shows compressive stresses generated in the butt weld of the play t7 Pig V-type (joint angle = 600) shown in Fig. 7b, in which the ratio of the depth d from the surface of the first weld metal layer 241 to a second weld metal layer 231 to the tjbcklcken tg Pig. Sa shows compressive stresses generated in the I-type butt weld shown in Fig. Sh, in which 261 refers to the first welds of the plate every 10%. the goods layers and 251 refers to the other welds layers. The first and second weld metal layers were arranged symmetrically in relation to the thickness of the plates. In this example, the proportion of the depth d from the surface of a first weld metal layer 261 to the second weld metal layer 251 to the thickness tg of the plates 5 was (0), 10 1 Q1) and 15 in causing compressive stresses to be generated on the surface. of it (X). In this example, the first weld metal layer was possible, although the proportions of the second weld metal layer to the thickness of the plates were not large.

Pig. 9n visar lryckspänningur som är alstrade i stumsvetsen visad i tig. 9h, iviﬂæn svctsgodsskikten hos svetsen är asymmet- riskt anoxdnade i tjocklckens riktning hos plåten så att de alst- rade tryckspänníngarna var lägre än i de svetsade konstruktionerna hos andra svetsgodsskíkt av symmetriskt mönster. I detta exempel var proportíonen av djupet d från ytan av ett första svetsgods- skikt 281 till ett andra svetsgodsskikt 271 till tjockleken t @>) och 30 % (X). Åtskilliga exempel av stumsvetsar, i vilka uppfinningen kan 10 av plâtarna 10 % (0), 20 % 11 448 ass ha tillämpning har beskrivits. Det bör förstås att uppfinningen inte är begränsad till stumsvetsar och att uppfinningen även kan ha tillämpning i T-fogar och kälsvetsar. I exemplen som visats och beskrivits ovan har två typer av svetsgods använts. Det bör emellertid förstås att mer än tre typer av svetsgods kan användas i lämpliga kombinationer utan att frångà uppfínningens ram.Pig. 9n shows the tensile stress generated in the butt weld shown in FIG. 9h, ivi æn the weld metal layers of the weld are asymmetrically anoxidated in the thickness direction of the plate so that the generated compressive stresses were lower than in the welded structures of other weld metal layers of symmetrical pattern. In this example, the proportion of the depth d from the surface of a first weld layer 281 to a second weld layer 271 was to the thickness t @>) and 30% (X). Several examples of butt welds in which the invention can be applied by 10 of the plates 10% (0), 20% 11 448 ass have been described. It should be understood that the invention is not limited to butt welds and that the invention may also have application in T-joints and keel welds. In the examples shown and described above, two types of welds have been used. It should be understood, however, that more than three types of welds can be used in suitable combinations without departing from the scope of the invention.

Claims

448,838 Patent claims

Welded structure which has a compressive stress on the surface of the corresponding weld due to shrinkage by treatment in the form of stress-reducing annealing, and which comprises: structural elements (1) which are welded together at at least one weld joint (X1) within the weld structure and subsequently annealed ; a plurality of weld metals applied to the structural members (1) in a zone (X1) defined as a weld joint of the weld structure in such a way that the weld metals are retained by the structural members (1), characterized in that the plurality of weld metals first form a a weld metal having a first coefficient of thermal expansion, which forms at least one layer (3,31) and a second weld metal having a coefficient of thermal expansion exceeding the first coefficient of thermal expansion, second layer (2), and forming at least one wherein the first weld metal and the second weld metal are mutually adjacent and fused into the welded part (X1) of the welded structure in metallurgical compound and the layer (3,31) of the first weld metal has an exposed surface (A); wherein the coefficient of thermal expansion of the first weld metal layer <3.31) is less than that of the second weld metal layer by more than 1 x 10-5 / ° C; and that the ratio of the thickness (hi) of the second weld metal measured perpendicular to the surface (A) and the thickness (ti) of the weld joint and the difference between the first and second coefficients of thermal expansion have at least such a magnitude that shrinkage generated compressive stress occurs after annealing.

Welded construction according to claim 1, characterized in that the welded part (X1, X2) comprises a butt weld.

Welded construction according to claim 2, characterized in that the butt weld is selected within the type grouping I-, U-, V-, K-, K- and Y-types.

4. Welded construction according to claim 1, characterized in that the welded part (X1, X2) is selected within the material group low-alloy steel, steel. carbon steel and high alloy. .._..., _........_ .. _..__...___._..._..._._._. .. -__ ----: ----: --- _..___, _, ß 448 8.33

Welded construction according to claim 1, characterized in that the first weld metal substantially corresponds to the material in the welded part.

Welded structure according to claims 2-5, comprising structural elements (1) welded through at least one weld joint (X1) within the welded structure; characterized by a plurality of weld metals, which are applied in a gap (X1) defined as the weld joint within the welded weld construction with a first weld metal forming at least one layer (3,31> and a second weld metal having a higher coefficient of thermal expansion than the first weld metal). and forming at least one second layer (2), the first (3,31) and second (2) weld metal layers being metallurgically bonded and fused into said structural member (1) within the intermediate gap (X1) defined herein so that metallurgical compound is obtained in such a way that the weld metals are retained by the gap (X1), the first weld metal layer (3,31) having an exposed surface (A) with compressive stresses contained therein and by shrinkage, the coefficient of thermal expansion of the first weld metal layer (3,31) being less than that of the second weld metal layer (2) with more than 1 x 10-6 / ° C, preferably with more than 2 x 10-5 / ° C.

Welded structure according to claims 1 and 4, characterized by a structural element (1, 14) of alloy steel, which is welded as at least one weld joint within the welded structure; together with a plurality of weld metals, which are applied within a gap defined as the weld joint within the welded structure in the form of a butt weld (Figs. 1, 6, 8) with a symmetrical appearance and built up of a weld metal forming at least one layer (3, 31, 15,151) and a second weld metal having a coefficient of thermal expansion exceeding that of the first weld metal by more than 1 x 10-5 / ° C, and having at least one second layer (2), the first and second weld metal layers being metallurgically bonded and fused into the structural elements (1, 14) within the intermediate gaps (X1, X2) defined here, so that metallurgical compound is obtained with respect to the butt weld in such a way that the first weld metal and the second weld metal are retained through the welded part (X3, X2). , the first weld metal layer (3,31) comprising an exposed surface with inherent compressive stresses generated by shrinkage. å: 448 'sas a "

Method for the manufacture of a welded structure, characterized by the following steps: the application of a first degreasing metal and a second weld metal in adjacent layers <2, 3, al) in a gap defined by the structural elements (1), which are to be is welded in the welded structure in such a way that a layer (3,31) of the first degreasing metal has an exposed surface (A) within the welded structure (Figs. 1-9), the first weld metal having a coefficient of thermal expansion which is less than for the second weld metal by more than 1 x 10-5 / ° C, and that the welded structure is subjected to stress-reducing annealing, whereby compressive stress is generated upon shrinkage, especially by maintaining conditions corresponding to the conversion point of the material forming the welded the part and then performs a slow cooling. l / f